Промышленное здание в городе Соликамск

Курсовая работа

"Промышленное здание в городе Соликамск"

Исходные данные

Требуется рассчитать и запроектировать основания и фундаменты одноэтажного двухпролетного промышленного здания. Габаритные параметры и характеристика условий строительства здания приведены в таблице:

Железобетонные колонны основного каркаса имеют шарнирное сопряжение со стальными фермами, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг стальных стоек фахверка 6 м.

Инженерно-геологические условия площадки

Исходные показатели физико-механических свойств грунтов

Химический анализ воды

Определение нагрузок, действующих на фундаменты

Наиболее нагруженными являются фундаменты по оси М.

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси М

Для расчетов по деформациям:

Ncol II=Nn*γf=(1087,7+0,9*(288+263,1))*1=1583,7*1=1583,7 кН,

Mcol II=Mn*γf=(177,8+0,9*(99,8+324,9+27,9))*1=585,1*1=585,1 кНм,

Qcol II=Qn*γf=(10,6+0,9*(1,9+50,4+0,7))*1=58,3*1=58,3 кН.

Для расчетов по несущей способности:

Ncol I=Nn*γf=1583,7 *1,2=1900,4 кН,

Mcol I=Mn*γf=585,1 *1,2=702,1 кНм,

Qcol I=Qn*γf=58,3 *1,2=70,0 кН.

Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Схема планово-высотной привязки здания

Инженерно-геологический разрез I-I с посадкой здания и фундаментов на естественном основании

Показатели свойств и состояния грунта

Слой 2 – Суглинок

Число пластичности: IP = WL – WP = 33,9–22,9 = 11%.

Плотность сухого грунта: ρd = = = 1,52 т/м3.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρd/ ρs)*100 = (1–1.52/2,71)*100 = 44%,

e = n/(100-n) = 44/(100–44) = 0.786.

Показатель текучести: IL = = = 0,45

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γI = ρI*g = 1.89*9.81 = 18,5 кН/м3,

γII = ρII*g = 1.91*9.81 = 18,7 кН/м3,

γS = ρS*g = 2.71*9.81 = 26.6 кН/м3.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γsb = = = 9.3 кН/м3,

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле СНиП 2.02.01–83* принимаем условные размеры фундамента d1= =dусл=2 м. и bусл =1 м. Установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты. По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: gc1 = 1,1 для суглинков (0,25<JL<0,5), gc 2 =1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

Коэффициент k=1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01–83*.

При jII = 20° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем Mg = 0,51; Mq = 3,06; Mc = 5,66.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw=0,7 м. принимаем без учета взвешивающего действия воды gII =18,70 кН./м3., а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = dусл – dw =2–0,7=1,3 м. и ниже подошвы фундамента, принимаем gsb = 9.30 кН./м3.; удельное сцепление cII = 21 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

=(1,1*1/1)*(0,51*1*1*9,3+3,06*(0,7*18,70+(2–0,7)*9,3)+5,66*21)=220,72 кПа.

Полное наименование грунта №2 – это суглинок мягкопластичный

(Rусл = 220,72 кПа., Ncol II max = 1583,7 кН., Е=12,0 МПа.>10 МПа.)

Слой 3 – Суглинок

Число пластичности: IP = WL – WP = 27,7–22,7 = 5%.

Плотность сухого грунта: ρd = = = 1,45 т/м3.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρd/ ρs)*100 = (1–1.45/2,73)*100 = 47%,

e = n/(100-n) = 47/(100–47) = 0,89.

Показатель текучести: IL = = = 1,2

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γI = ρI*g = 1.82*9.81 = 17.8 кН/м3,

γII = ρII*g = 1.84*9.81 = 18,0 кН/м3,

γS = ρS*g = 2,73*9.81 = 26.8 кН/м3.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γsb = = = 8,89 кН/м3,

По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: gc1 = 1,1 для суглинка (JL > 0,5), gc 2 =1.

При jII = 19° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем: Mg=0,47; Mq=2,89; Mc=5,48.

Удельный вес грунта gsb = 8,89 кН./м3.; удельное сцепление cII = 17 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

=(1,1*1/1)*(0,47*1*1*8,89+2,89*(0,7*18,7+(5,6–0,7)*9,3)+5,48*17)=315,56 кПа.

Полное наименование грунта №3 – суглинок

(Rусл = 315,56 кПа., Ncol II max = 1583,7 кН., Е=10,0 МПа.>5 МПа.)

Слой 4 – Пески

Число пластичности: IP = WL – WP = –

Плотность сухого грунта: ρd = = = 1,62 т/м3.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρd/ ρs)*100 = (1–1.62/2,67)*100 = 39%,

e = n/(100-n) = 39/(100–39) = 0,64.

Показатель текучести: IL = –

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γI = ρI*g = 1.92*9.81 = 18,84 кН/м3,

γII = ρII*g = 1.94*9.81 = 19,03 кН/м3,

γS = ρS*g = 2.67*9.81 = 26.2 кН/м3.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γsb = = = 9,88 кН/м3,

По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: gc1 = 1,25 для песков мелких,

gc 2 =1,0.

При jII = 35° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем: Mg=1,68; Mq=7,71; Mc=9,58.

Удельный вес грунта gsb = 9,88 кН./м3.; удельное сцепление cII = 1,0.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

=(1,25*1/1)*(1,68*1*1*9,88+7,71*(0,7*18,7+(5,6−0,7)*9,3+1,5*8,89)+

+9,58*1)=726,8 кПа.

Полное наименование грунта №4 – пески

(Rусл = 726,8 кПа., Ncol II max = 1583,7 кН., Е=30 МПа.>10 МПа.)

Заключение

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим уклоном в сторону скважины 3. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов (уклон кровли не превышает 2%). Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,70 м. необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя суглинок); суглинок, залегающий в зоне промерзания является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка. При производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании – суглинке;

2) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания);

3) свайный фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем может служить слой №4, пески.

Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п. 1.5 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412–2/77 под колонну, расположенную по осям Л-5, для исходных данных, приведенных выше.

Определение глубины заложения фундамента

Первый фактор – учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для tвн = 10° и грунта основания, представленного суглинком, по СНиП 2.02.01–83*:

d і df = KhЧdfn = KhЧd0 = 0,8Ч0,23Ч= 1,45 м.

Коэффициент Kh = 0,8 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями, примечания к табл. 1 СНиП 2.02.01–83* (расстояние от внешней грани стены до края фундамента af = 1,1 м > 0,5 м).

Второй фактор – учет конструктивных особенностей здания. Для заданных размеров сечения двухветвевой колонны 1400х600 мм. и необходимой глубины ее заделки в стакан (1200 мм.) по серии 1.412–2/77 требуется подколонник типа Д площадью сечения 2100х1200 мм. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф = 1,8 м. Таким образом, по второму фактору требуется d = Hф + 0,15 = 1,8 + 0,15=1,95 м.

Третий фактор – инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (Rусл = 220,72 кПа). Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки (DL) с отметкой d =1,95 м., Нф = 1,8 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет – 83,45 м., что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) равной 84,80 м. составляет: 84,80 – 83,45 = 1,35 м.

Определение площади подошвы фундамента

Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:

Атр = Ncol II / (Rусл – gmtЧd) = 1583,7 / (220,72 – 20Ч1,80) = 8,58 м2.,

где gmt = 20 кН. / м3. – (без учета подвала) средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах.

Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

Принимаем фундамент ФД 13–2 с размерами подошвы l = 4,2 м., b = 3,6 м., тогда А = l Ч b = 15,12 м2., Нф = 1,8 м., объём бетона Vfun = 10,9 м3.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

Gfun II = Vfun Чgb Ч gf = 10,9 Ч 25Ч1 = 275,5 кН.;

Vg = lЧbЧd – Vfun = 15,12Ч 1,80 – 10,9 = 16,32 м3.;

Gg II = (lЧbЧd – Vfun) Ч gII Ч gf =16,32*0,95*18,7*1= 305,11 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = 1583,7 + 275,5+ 305,11 = 2164,3 кН.;

Mtot II = 585,1 + 58,3 Ч 1,8 = 690,00 кНЧм.;

Qtot II = Qcol II = 58,3 кН.

Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (b = 3,6 м., l = 4,2 м., d = 1,8 м.):

R=(1,1*1/1)*(0,51*3,6*1*9,3+3,06*(0,7*18,70+(1,8−0,7)*9,3)+5,66*21)=

=228 кПа.

Давление на грунт под подошвой фундамента

Определяем среднее PII mt, максимальное PII max и минимальное PII min давления на грунт под подошвой фундамента:

= Ntot II/А ± Mtot II/W = 2164,3 /15,12 ± 690 Ч6/3,6Ч4,22 =

=(143,2 ± 65,2) кПа.

PII max = 208,4 кПа. < 1,2ЧR = 1,2 Ч 228 = 273,6 кПа.;

PII min = 78,00 кПа. > 0.

Т.к. грузоподъемность мостового крана Q = 16 т. < 75 т., то отношение проверять не требуется.

PII mt = 2164,3 /15,12 =143,2 кПа. < R = 228 кПа.

Все условия ограничения давлений выполнены.

Чертеж фундамента и эпюра контактных давлений по его подошве

Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента Л-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*:

szg,0 = [gIIЧdw + gsb II Ч(d – dw)] = [18,7Ч0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7)] = 23,32 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

szp 0 = P0 = PII mt – szg,0 = 143,2 – 23,32 = 119,88 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента: η=l/b=4,2/3,6=1,17.

Значения коэффициента a устанавливаем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 Ч b = 0,2 Ч 3,6 = 0,72 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу.

Определение осадки

Граница верхнего и среднего слоя условно смещена до глубины zi = 3,6 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,8 м.), а граница слоя №3 и слоя №4 смещена до глубины zi = 5,04 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,3 м.). На глубине Hc = 7,20 м. от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83 (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

szp= 15,10 кПа. » 0,2Чszg = 18,06 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=βЧhЧ∑σzp,i/Ei=0,8Ч0,6Ч[1/12000Ч(119,88Ч0,5+115,8+98,78+77,20+

+58,74+44,96Ч0,5)++1/10000Ч(44,96Ч0,5+34,89+27,57Ч0,5)+ +1/30000Ч(27,57Ч0,5+22,18+18,22+15,10Ч0,5)] =0,022 м. = 2,2 см.

Условие S = 2,2 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента по оси Л-5

Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки

Глубина заложения фундамента

Аналогично фундаменту на естественном основании назначаем глубину заложения фундамента d = 1,80 м. Принимаем для устройства подушки песок среднезернистый, плотный, имеющий проектные характеристики:

E = 45 МПа.; е= 0,50; g II = 20,2 кН. / м3.; gn,sb = 10,7 кН./м3.

Определение требуемой площади подошвы фундамента

Для определения площади Атр подошвы фундамента принимаем расчетное сопротивление R0 = 500 кПа, материала песчаной подушки, среднезернистого песка.

Тогда Атр = 1583,7/(500–20,0Ч1,8) = 3,41 м2.

Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

В соответствии с требуемой величиной площади подошвы Атр = 3,41м2. и высотой фундамента Нф = 1,8 м., подбираем типовой фундамент серии 1.412–2/77.

Принимаем фундамент ФД 8–2, размеры которого l = 2,7 м., b = 2,4 м., А = 6,48м2., Нф = 1,8 м.; объем бетона Vfun = 5,7 м3.

Вычисляем расчетное значение веса фундамента и грунта на его уступах:

Gfun = VfunЧgbЧgf = 5,7Ч25Ч1 = 142,5 кН.;

Vg = lЧbЧd – Vfun = 2,7Ч2,4Ч1,80 – 5,7 = 5,96 м3.;

Gg II = VgЧ Kрз ЧgII Чgf = 5,96Ч0,95Ч18,7Ч1 = 105,88 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = 1583,7+142,5+105,88 = 1832,08 кН.;

Mtot II = 585,1 + 58,3 Ч 1,8 = 690,0 кНЧм.;

Qtot II = Qcol II = 58,3кН.

Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R песка подушки для принятых размеров фундамента (b = 2,4 м.; l = 2,7 м.; d = 1,80 м.):

R = 500Ч(1 + 0,125 Ч (2,4 – 1)/1)Ч(1,8 + 2)/(2Ч2) = 558,13 кПа.

Давление на подушку под подошвой фундамента.

Определяем среднее PII mt, максимальное PII max и минимальное PII min давления на распределительную песчаную подушку фундамента:

PII max=Ntot II /(lЧb)+Mtot II /(l2 Чb)= 1832,08 /(2,7Ч2,4)+ 690 Ч6/(2,72Ч2,4)=

=519,4 кПа.,

PII min=Ntot II /(lЧb) – Mtot II /(l2 Чb)= 1832,08 /(2,7Ч2,4) – 690 Ч6/(2,72Ч2,4)=

=46,1 кПа.,

PII max = 519,4 кПа. < 1,2ЧR = 1,2Ч558,13 = 669,76 кПа.,

PII min = 46,1 кПа. > 0,

PII mt = 1832,08 /(2,7Ч2,4) = 282,73 кПа. < R = 558,13 кПа.

Все требования по ограничению давлений выполнены.

Определение толщины распределительной подушки

Назначаем в первом приближении толщину песчаной подушки hп = 0,9 м. Проверяем выполнение условия szp + szg Ј Rz, для этого определяем при z = hп = 0,9 м.:

а) szg = gIIЧdw + gsb IIЧ(d – dw) + gsb н Ч z = 18,7 Ч 0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7) +

+ 10,7 Ч 0,9 = 32,95 кПа.;

б) szp = aЧ(PII mt – szg, 0) = 0,836 Ч(282,73 – 23,32) = 216,87 кПа.,

где szg, 0 = gII Ч dw + gsb II Ч (d – dw)=18,7 Ч 0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7) = 23,32 кПа.;

a = 0,836 для и .

Коэффициент a определен интерполяцией из табл. 1 прил. 2 к СНиП 2.02.0–83*.

в) Az = Ntot II /szp = 1832,08 /216,87 = 8,45 м2.;

м.; bz = (8,45+0,152)0,5 – 0,15=2,73 м.

Rz=(1,1Ч1/1)Ч(0,51Ч1Ч2,73Ч9,3+3,06 (0,7Ч18,7+1,1Ч9,3+0,9Ч10,7)+

+5,66Ч21)=255,83 кПа.

szg + szp = 32,95 + 216,87 = 249,82 кПа. < Rz